Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения 1,3-диоксациклоалкилсодержащих азоокисей

Изобретение относится к способам получения органических соединений, а именно азоокисей, которые помимо ароматических колец содержат в молекуле фрагмент 1,3-диоксациклоалкана. Известно, что среди азоокисей имеются вещества с жидкокристаллическими свойствами, различными видами биологической активности, а реакционная способность азокси-группы позволяет применять их как полупродукты для тонкого органического синтеза.

Среди всего многообразия известных на сегодняшний момент азоокисей описано лишь два соединения, в молекуле которых присутствует 1,3-диоксациклоалкановый фрагмент - бис(4-(1,3-диоксолан-2-ил)фенил)диазен оксид I и бис[4-(2-метил-1,3-диоксолан-2-ил)фенил]диазен оксид II. Способы их получения основаны на восстановлении соответствующих нитроарил 1,3-диоксациклоалканов.

Известен способ получения 1,3-диоксациклоалкилсодержащей азоокиси I, проявляющей способность стимулировать рост корневой системы озимых пшеницы и ячменя, заключающийся в обработке 2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксолана метилатом натрия, который получают непосредственно перед использованием взаимодействием металлического натрия с метанолом в соответствии со схемой:

(В.А. Котова, Е.В. Рубанова, В.Г. Яцынин. Стимулятор роста корневой системы озимых пшеницы и ячменя. Патент на изобретение RU 2368140 С1, 27.09.2009. Заявка №2008113642/04 от 07.04.2008.)

Недостатком этого способа является необходимость использования металлического натрия, который является легковоспламеняющимся, опасным в использовании реагентом. Кроме того, способ реализован на единственном примере, в котором используется только один представитель 1,3-диоксациклоалканов - 1,3-диоксолан, и этот фрагмент гетероцикла располагается в фенильном кольце в пара-положении относительно нитро-группы.

Известен способ получения 1,3-диоксациклоалкилсодержащей азоокиси, заключающийся в обработке 2-метил-2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксолана металлическим цинком в присутствии гидроокиси натрия в водно-метанольной среде в соответствии со схемой:

(V.M. Clark, J.B. Hobbs, D.W. Hutchinson. Dimeric redox products formed from 4-nitrophenylacetate ion in basic solution. Tetrahedron, 1969, Vol. 25, Iss. 18, P. 4241-4247, https://doi.org/10.1016/S0040-4020(01)82962-8.)

Способ не является экологически чистым из-за использования в качестве реагента металлического цинка, что приводит к образованию в итоге отходов, содержащих этот металл.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения 1,3-диоксациклоалкилсодержащих азоокисей, которые представляют интерес в качестве аналогов биологически активных соединений.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение ассортимента 1,3-диоксациклоалкилсодержащих азоокисей, используемых в качестве многоцелевых органических соединений, обладающих биологической активностью.

Технический результат достигается путем восстановления нитроарил 1,3-диоксациклоалканов 200 мольными % глюкозы в присутствии гидроксида натрия в водно-этанольной среде при 50°С в течение 2 ч в соответствии со схемой:

В качестве нитроарил 1,3-диоксациклоалканов используют соединения, содержащие пяти- или шестичленные 1,3-диоксациклы, а именно: 1,3-диоксоланы или 1,3-диоксаны, в том числе содержащие заместители в гетероциклическом кольце. Нитроарил 1,3-диоксациклоалканы являются доступными органическими соединениями, легко образующимися при конденсации ароматических альдегидов, содержащих нитро-группу в ароматическом кольце, с 1,2- и 1,3-диолами - этиленгликолем, 1,2-пропиленгликолем, 1,3-пропандиолом, триметилолпропаном и др.

Экспериментально установлено, что водно-этанольная среда является наиболее оптимальной для проведения восстановления, т.к. обеспечивает наивысший выход целевого продукта и минимизирует протекание нежелательных реакций и осмоление. Замена этанола на изо-пропанол или тетрагидрофуран приводит к частичной деструкции исходного соединения, наблюдается его не полная конверсия и выход целевого продукта резко снижается.

Проведение реакции при кипении сопровождается загрязнением целевого соединения трудноотделимыми смолистыми примесями, а при комнатной температуре многократным увеличением времени, необходимым для полной конверсии исходного соединения.

Оптимальное время проведения реакции определяли мониторингом реакционной массы тонкослойной хроматографией по расходованию исходного соединения и установили, что время восстановления предпочтительно составляет 2 ч.

Чистота образующихся продуктов подтверждена тонкослойной хроматографией, а строение совокупностью спектральных методов (ИК, ¹Н, ¹³С ЯМР-спектроскопией).

Пример 1. Получение бис(4-(1,3-диоксолан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) 2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксолана. Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 78%. Тпл 117-118°С.

ИК (KBr), ν/см^-1: 3130, 3107, 3068 (C_sp²-H), 2958, 2893, 2736 (C_sp³-H), 1600, 1494 (C_sp²-C_sp²), 1467 (as N=N(O)), 1384 (syN=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 4.02-4.17 (м., 8H, CH₂), 5.86 (с., 1Н, СН), 5.89 (с., 1Н, СН), 7.57-7.63 (м., 4Н, СН), 8.16-8.20 (м., 2Н, СН), 8.29-8.33 (м., 2Н, СН).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDC1₃, δ, м.д.): 65.35 (СН₂), 65.40 (СН₂), 102.7 (C_sp³-H), 103.2 (C_sp³-H), 122.4 (СН), 125.6 (СН), 126.8 (СН), 127.0 (СН), 139.3 (С), 141.8 (С), 144.5 (С), 148.7 (С).

Пример 2. Получение бис(2-(1,3-диоксолан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) 2-(2-нитрофенил)-1,3-диоксолана. Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в минимальном количестве воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 73%. Тпл 104-105°С.

ИК (KBr), ν/см^-1: 3072, 3034, 2995 (C_sp²-H), 2949, 2889 (C_sp³-H), 1597, 1485 (C_sp²-C_sp²), 1463 (ass N=N(O)), 1346 (sym N=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 3.97-4.11 (м., 8H, CH₂), 6.29 (с., 1Н, СН), 6.47 (с., 1Н, СН), 7.35-7.41 (м., 1Н, СН), 7.43-7.54 (м., 3Н, СН), 7.69-7.82 (м., 3Н, СН), 8.12-8.19 (м, 1Н, СН).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 65.15 (СН₂), 65.21 (СН₂), 99.8 (C_sp³-H), 100.2 (C_sp³-H), 121.7 (СН), 124.0 (СН), 126.4 (СН), 127.2 (СН), 128.6 (СН), 129.2 (СН), 129.5 (СН), 130.2 (СН), 132.0 (С), 133.4 (С), 142.2 (С), 148.5 (С).

Пример 3. Получение бис(4-(1,3-диоксан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) 2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксана. Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 75%.

ИК (KBr), ν/см^-1: 3134, 3107, 3041 (C_sp²-H), 2966, 2951, 2924, 2858 (C_sp³-Н), 1498 (C_sp²-C_sp²), 1467 (assN=N(O)), 1344 (sym N=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 1.45-1.49 (м., 2H, CH₂), 2.18-2.30 (м., 2Н, СН₂), 3.97-4.04 (м., 4Н, СН₂), 4.26-4.32 (м., 2Н, СН), 5.54 (с., 1H, СН), 5.57 (с., 1Н, СН), 7.59-7.64 (м., 4Н, СН), 8.17-8.21 (м., 2Н, СН), 8.28-8.32 (м., 2Н, СН).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 25.70 (СН₂), 25.75 (СН₂), 67.4 (СН₂), 100.5 (СН), 101.0 (СН), 122.3 (СН), 125.6 (СН), 126.4 (СН), 126.6 (СН), 139.9 (С), 142.2 (С), 144.2 (С), 148.4 (С).

Пример 4. Получение бис(4-(4-метил-1,3-диоксан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) 4-метил-2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксана. Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 69%.

ИК (KBr), ν/см^-1: 3132, 3109, 3082, 3057 (C_sp²-H), 2964, 2927, 2904, 2866 (C_sp³-H), 1604, 1498 (C_sp²-C_sp²), 1467 (ass N=N(O)), 1359 (sym N=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 1.33 (уш.д., 6.4 Гц, 6H, СН₃), 1.51-1.57 (м., 2Н, СН₂), 1.76-1.87 (м., 2Н, СН₂), 3.93-4.04 (м., 4Н, СН₂), 4.24-4.30 (м., 2Н, СН), 5.54 (с, 1H, СН), 5.57 (с, 1Н, СН), 7.59-7.65 (м., 4Н, СН), 8.16-8.20 (м., 2Н, СН), 8.27-8.31 (м., 2Н, СН).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 21.73 (СН₃), 21.77 (СН₃), 32.87 (СН₂), 32.94 (СН₂), 67.1 (СН₂), 73.49 (СН), 73.56 (СН), 100.2 (СН), 100.7 (СН), 122.2 (СН), 125.6 (СН), 126.5 (СН), 126.7 (СН), 139.9 (С), 142.2 (С), 144.1 (С), 148.3 (С).

Пример 5. Получение бис(3-(4-метил-1,3-диоксан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) 4-метил-2-(4-нитрофенил)-1,3-диоксана. Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 65%.

ИК (KBr), v/см^-1: 3078 (C_sp²-H), 2972, 2947, 2854 (C_sp³-H), 1589, 1494 (C_sp²-C_sp²), 1463 (ass N=N(O)), 1357 (sym N=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 1.32 (д., 6.4 Гц, 3Н, СН₃), 1.33 (д., 5.9 Гц, 3Н, СН₃), 1.52-1.57 (м., 2Н, СН₂), 1.77-1.88 (м., 2Н, СН₂), 3.93-4.05 (м., 4Н, СН₂), 4.24-4.31 (м., 2Н, СН), 5.57 (с, 1Н, СН), 5.59 (с, 1Н, СН), 7.45-7.51 (м., 2Н, СН), 7.54-7.56 (м., 1H, СН), 7.69-7.71 (м., 1Н, СН), 8.18-8.21 (м., 1Н, СН), 8.25-8.29 (м., 2Н, СН), 8.43-8.46 (м., 1Н, СН).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 21.75 (СН₃), 21.79 (СН₃), 32.86 (СН₂), 32.93 (СН₂), 67.1 (СН₂), 73.5 (СН), 100.23 (СН), 100.84 (СН), 120.5 (СН), 122.5 (СН), 123.9 (СН), 125.6 (СН), 127.3 (СН), 128.6 (СН), 128.7 (СН), 129.31(СН), 139.5 (С), 140.0 (С), 143.9 (С), 148.3 (С).

Пример 6. Получение бис(4-(5-(гидроксиметил)-5-этил-1,3-диоксан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) (2-(4-нитрофенил)-5-этил-1,3-диоксан-5-ил)метанола (смесь цис- и транс-изомеров). Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 74%.

ИК (KBr), v/см^-1: 3385 (уш. ОН), 3113, 3084 (C_sp²-H), 2964, 2877, 2858 (C_sp³-H), 1498 (Csp²-C_sp²), 1462 (ass N=N(O)), 1381 (sym N=N(O)).

¹H ЯМР (399.78 МГц, CDCl₃+(CD₃)₂SO, δ, м.д.): 0.78 (т., 7.6 Гц, 3Н, СН₃), 0.87 (т., 7.8 Гц, 3Н, СН₃), 1.16 (м, 2Н, СН₂), 1.72 (м, 2Н, СН₂), 3.17-3.18 (м, 1Н, ОН), 3.60-3.69 (м, 6Н, СН₂+ОН), 3.78-3.87 (м, 2Н), 3.94-3.98 (м, 3Н), 4.60-4.66 (м, 2Н), 5.47 (с, 1Н), 5.48 (с, 1Н), 5.53 (с, 1Н), 5.55 (с, 1Н), 7.54-7.59 (м, 2Н), 7.61-7.67 (м, 2Н), 8.06-8.10 (м, 2Н), 8.23-8.27 (м, 2Н).

¹³С ЯМР (100.5 МГц, CDCl₃+(CD₃)₂SO, δ, м.д.): 6.0 (СН₃), 7.1 (СН₃), 22.2 (СН₂), 22.7 (СН₂), 36.1 (СН₂), 36.5 (СН₂), 59.87, 59.93, 61.94, 61.99, 71.4, 71.5, 99.5, 99.6, 100.0, 100.1, 121.2, 121.3, 124.5, 124.6, 125.7, 126.0, 126.04, 139.09, 139.13, 141.5, 143.2, 147.3.

Пример 7. Получение бис(3-(5-(гидроксиметил)-5-этил-1,3-диоксан-2-ил)фенил)диазен оксида.

В колбу вносят 6 мл этанола, 7,5 мл 30% водного раствора гидроксида натрия и 0,5 г (0,00256 моль) (2-(3-нитрофенил)-5-этил-1,3-диоксан-5-ил)метанола (смесь цис- и транс-изомеров). Реакционную массу термостатируют при 50°С и вносят раствор 1 г (0,00512 моль) моногидрата глюкозы в 1 мл воды, после чего выдерживают 2 часа при указанной температуре. Затем реакционную массу охлаждают, образовавшийся осадок отфильтровывают, промывают на фильтре дистиллированной водой и перекристаллизовывают из этанола. Выход 67%.

ИК (KBr), ν/см^-1: 3421 (уш. ОН), 3034 (C_sp²-H), 2964, 2929, 2879, 2858 (C_sp³-H), 1496 (C_sp²-C_sp²), 1462 (ass N=N(O)), 1381 (sym N=N(O)).

В предлагаемом способе восстановление осуществляют действием глюкозы в водно-этанольной среде, т.е. с применение безопасных, дешевых реагентов, источником которых является возобновляемое сырье. Таким образом условия реализации способа соответствуют принципам «зеленой химии».

На основании изложенного делаем вывод, что способ является новым, обладает изобретательским уровнем, и техническим результатом, т.е. является патентоспособным.